Di.2.C - Materialcharakterisierung I / 07.05.2013G. Bruno, V. Trappe |
Di.2.C.1
10:40
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"Röntgen" kann noch mehr
L. Spieß, TU Ilmenau
G. Teichert, MFPA Weimar, Ilmenau
Kurzfassung:
Die zerstörungsfreie Materialprüfung wird sehr häufig auf gängige Verfahren wie Radiographie, Ultra...
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Die zerstörungsfreie Materialprüfung wird sehr häufig auf gängige Verfahren wie Radiographie, Ultraschall, Thermografie und Wirbelstromverfahren eingeschränkt. Die zerstörungsfreie Materialprüfung ist auch unter dem Begriff Grobstrukturprüfung bekannt und wird seit Jahrzehnten zum Aufspüren von Rissen, Lunkern, größeren Materialinhomogenitäten etc. erfolgreich angewendet.
Durch den Einsatz von Bauteilen mit immer höherer Komplexität in Verbindung mit angepassten Werkstoffen und erhöhten Sicherheitsanforderungen kommt der zerstörungsfreien Materialcharakterisierung zur Bestimmung von Materialkennwerten eine immer größere Bedeutung zu. Die Beziehung "Struktur-Gefüge-Eigenschaften" wird immer bedeutender.
Zerstörungsfreie Materialcharakterisierungsverfahren unter Einsatz von Röntgenstrahlen sind neben der Radiographie/Computertomographie (CT) incl. der stark zunehmenden Mikro-CT zur Beurteilung der Homogenität von Ausscheidungen im Material (z. B. Pb in Messing oder Stahl) die Röntgenfluoreszenzanalyse (RFA) zur Bestimmung von Zusammensetzung und Schichtdicken sowie die bisher vernachlässigte Röntgendiffraktometrie (XRD).
Mit der Diffraktometrie lassen sich neben der klassischen qualitativen Phasenanalyse quantitative Phasenanalysen zur Produktüberwachung und Materialcharakterisierung einsetzen. Ebenso lassen sich Textur und innere mechanische Spannungen zerstörungsfrei bestimmen. Mit Hilfe der Kleinwinkelstreuung lassen sich Objektgrößen im unteren Nanobereich (< 10 nm) und gegebenenfalls auch Delaminationen in Faserverbundwerkstoffen aufspüren.
Im Vortrag werden die Leistungsfähigkeit, die Grenzen und die Anwendbarkeit dieser anderen Röntgenverfahren - RFA, Diffraktometrie und Mikro-CT - vorgestellt und so die klassische Radiographie um weitere zerstörungsfreie Materialcharakterisierungsverfahren ergänzt.
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Di.2.C.2
11:00
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Einsatz von Rayleigh-Wellen zur Untersuchung von Eigenspannungen in randzonenverfestigten Triebwerkswerkstoffen
S. Hubel, Fraunhofer ITWM, Kaiserslautern
M. Spies, Baker Hughes - Process & Pipeline Services PII Pipetronix , Stutensee
H. Rieder, Fraunhofer IZFP, Saarbrücken
J. Bamberg, R. Hessert, MTU Aero Engines, München
A. Dillhöfer, Stutensee
Kurzfassung:
Entscheidenden Einfluss auf die Lebensdauer von hochbeanspruchten Bauteilen, wie Komponenten in Flu...
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Entscheidenden Einfluss auf die Lebensdauer von hochbeanspruchten Bauteilen, wie Komponenten in Flugzeugtriebwerken, haben u.a. die Werkstoffeigenschaften in den Randzonen. Durch den Einsatz von Verfestigungsverfahren wie Kugelstrahlen und Festwalzen werden die Bauteiloberflächen plastisch verformt, wodurch oberflächennahe Eigenspannungszustände eingebracht werden und sich die Oberflächenrauhigkeit verändert. Die zerstörungsfreie Ermittlung des induzierten Spannungsprofils stellt aufgrund von verschiedenen, teilweise konkurrierenden Gefügeeffekten eine anspruchsvolle Aufgabe dar. In vorangegangenen Untersuchungen wurden die erzielbaren Messeffekte an Nickel- und Titan-Werkstoffen bei der Ultraschall-Spannungsmessung im Bauteilvolumen evaluiert und als aussagekräftig bewertet. Ziel der in diesem Beitrag vorgestellten Untersuchungen war es daher festzustellen, ob der akusto-elastische Effekt, d.h. die Abhängigkeit der Ultraschallgeschwindigkeit von den Spannungszuständen im Werkstoff, auch zur Quantifizierung von Eigenspannungen in den verfestigten Randzonen herangezogen werden kann. Aufgrund der frequenzabhängigen Eindringtiefe der verwendeten Rayleigh-Wellen können aus den Dispersionskurven Tiefeninformationen gewonnen werden. Ausführliche experimentelle Untersuchungen mit einem breitbandigen Ultraschallgoniometer wurden an unterschiedlich verfestigten Oberflächen von IN718- und Ti6246-Testkörpern durchgeführt. In unserem Beitrag stellen wir alle notwendigen Schritte zur Ultraschall-Spannungsmessung mittels Rayleigh-Wellen dar und bewerten die an den verschiedenen Testkörpern erzielten Ergebnisse unter Berücksichtigung möglicher Verbesserungspotentiale.
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Di.2.C.3
11:20
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Zerstörungsfreie Prüfung pressgehärteter Karosserieteile mit 3MA
C. Conrad, R. Kern, H. Kopp, B. Wolter, Fraunhofer IZFP, Saarbrücken
Kurzfassung:
Verstärkungselemente der Automobilkarosserie wie B-Säule, Längsträger und Tunnelverstärkung werden ...
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Verstärkungselemente der Automobilkarosserie wie B-Säule, Längsträger und Tunnelverstärkung werden aus höchstfesten Stählen gefertigt, um das Fahrzeuggewicht zu minimieren und die Crash-Sicherheit zu maximieren. Bei der Fertigung dieser Bauteile setzen Hersteller und Zulieferer der Automobilindustrie vermehrt auf das sogenannte Presshärten von Bauteilen aus härtbarem borlegiertem Stahl. Beim Presshärten werden die umzuformenden Platinen in einem Durchlaufofen austenitisiert und anschließend in einer speziellen, wassergekühlten Presse umgeformt und gleichzeitig abschreckgehärtet. Dieser hochkomplexe Fertigungsprozess muss kontinuierlich überwacht und die Fertigungsqualität der Produkte muss durch stichprobenartige Prüfung der mechanisch-technologischen Kenngrößen sichergestellt werden. Werden hierfür zerstörende Prüfverfahren eingesetzt, so ist der Prüfaufwand enorm. Aufgrund der Sicherheitsrelevanz der Bauteile ist eine hohe Prüfhäufigkeit vorgeschrieben. Bei jedem Prüfteil werden gleich an mehreren Positionen Zugstäbe und Härte-Coupons entnommen und anschließend zerstörend geprüft. Der damit verbundene Zeit- und Kostenaufwand steht einer Erhöhung von Produktivität und Wirtschaftlichkeit im Wege.
Am IZFP ist es gelungen, diese zerstörenden Prüfungen durch schnellere und damit kostengünstigere zerstörungsfreie Prüfungen zu ersetzen was auch eine Reduktion der Prozessschritte zur Folge hat. Hierfür wird die sogenannte 3MA-Prüftechnik eingesetzt, die eine gerätetechnische und methodische Kombination von vier elektromagnetischen Prüfverfahren zur Werkstoffcharakterisierung darstellt. Mit 3MA gelingt es, mehrere relevante Qualitätsmerkmale des Werkstoffs, z. B. die Härte und die Kenngrößen des Zugversuchs, gleichzeitig zu bestimmen. Hierfür wird der Prüfkopf händisch auf das Bauteil aufgesetzt und anschließend der nur wenige Sekunden dauernde Prüfprozess ausgelöst. Alternativ ist das Verfahren auch vollständig automatisierbar und kann in den Fertigungsprozess integriert werden. Für die oben beschriebene Anwendung wurde 3MA validiert und wird mittlerweile in vielen Unternehmen, die pressgehärtete Bauteile herstellen, eingesetzt. Zukünftig wird dieses Verfahren auch für andere ferromagnetische Basis - Werkstoffe in der Blechumformung eingesetzt.
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Di.2.C.4
11:40
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Darstellung von Mikro- und Nanostrukturen in perlitischen Stählen mittels elektromagnetischer zfP-Verfahren
L. Batista, Fraunhofer IZFP, Saarbrücken
S. Hirsekorn, Saarbrücken
U. Rabe, Universität des Saarlandes/Fraunhofer IZFP, Saarbrücken
Kurzfassung:
Die mechanischen Eigenschaften von technischen Stählen können in der Qualitätssicherung mit elektro...
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Die mechanischen Eigenschaften von technischen Stählen können in der Qualitätssicherung mit elektromagnetischen Verfahren zerstörungsfrei bestimmt werden. Diese Methoden basieren auf der wechselseitigen Abhängigkeit zwischen mechanischen und magnetischen Eigenschaften und ermöglichen den Zugang zu makroskopischen Kenngrößen. Die magnetischen Domänen stellen die Verbindung zwischen den magnetischen Mikro- und Makroeigenschaften des Werkstoffs dar. Daher ist die Untersuchung von magnetischen Domänen und ihrer Interaktion mit der Mikrostruktur in technischen Stählen von Interesse. In dieser Arbeit, wurde der Einfluss des Kohlenstoffgehalts auf die magnetischen Makro- Eigenschaften von perlitischen Stählen durch Messungen der Hysteresekurven und des Barkhausenrauschens untersucht. Mit Hilfe einer speziellen Art der Rasterkraftmikroskopie, der Magnetkraftmikroskopie, wurden durch Überlagerung eines variablen externen Magnetfeldes Domänenstrukturen, Bewegungen der Domänenwände und ihre Interaktion mit Zementit-Ausscheidungen auf Mikro- und Nanoskala beobachtet.
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